常熟电厂600MW超临界锅炉屏式过热器爆漏原因分析

常熟电厂1952.21t/h超临界锅 炉屏式过热器爆漏原因分析
主讲：黄
伟
2008年9月15日
前言
华润电力(常熟)有限公司(以下简称“常熟二电 厂”) 2号锅炉在168h满负荷试运调试期间，于 2005年06月03日发生屏式过热器爆漏。这种 失效损坏于2005年4月26日在该厂1号锅炉屏 式过热器上发生过，因此有必要分析屏式过 热器爆漏原因，避免再次发生类似的失效损 坏。
时间
MW
2005.6.3 620
25.4
540
4.39
569
3.2 屏式过热器爆漏位置
右第1屏从外往内数第28根，即内圈第1根管 出口段顶棚下4.8m。需要指出的是该厂1号 锅炉屏式过热器爆漏位置为：左2屏从外到内 数第28根，即内圈第1根管出口段顶棚下约 1m处弯头。爆漏处屏式过热器管材质为 T91，规格为 Φ38×8mm。
2.2 包墙过热器
顶棚出口集箱同时与后烟道前墙和后烟道顶 棚相接，后烟道顶棚转弯下降形成后烟道后 墙，后烟道前、后墙与后烟道下部环形集箱 相接，并连接后烟道两侧包墙。侧包墙出口 集箱的24根φ168mm引出管与后烟道中间隔 墙入口集箱相接，隔墙向下引至隔墙出口集 箱，隔墙出口集箱与一级过热器相连。除烟 道隔墙的管径为φ57mm外，烟道包墙的其 余管子外径均为φ44.5mm。
12.9 11.1
0.76 0.76 0.76
4.3.2 过热器系统结构
为消除蒸汽侧和烟气侧产生的热力偏差，过热器各 段进出口集箱采用多根小口径连接管连接，并进行 左右交叉，保证蒸汽的充分混合。左、右一级喷水 减温器出口分别到屏式过热器右、左进口大集箱 （管道），而右第1、2屏式过热器、左1、2屏式过 热器入口小集箱分别处于右、左进口大集箱（管 道）的端部。顶棚、包墙、一级过热器、一级喷水 减温器内杂物容易在右、左进口大集箱（管道）的 端部积蓄，而积蓄在右、左进口大集箱（管道）的 端部的杂物极可能被带到紧靠屏过进口大集箱端部 的右第1、2屏、左1、2屏入口小集箱，因此爆漏多 发生在右第1、2屏式过热器和左1、2屏式过热器管 上。
4.3 原因分析 割开爆漏管对应的右数第1排屏过入口小集箱 手孔，发现内部有一眼镜片φ62mm等杂 物，断定是由于眼镜片堵在该管进口处节流 而引起的。随后对所有屏过入口小集箱进行 割孔检查，在总共30个屏过入口小集箱中有 左1、左2、右2小集箱内部也有杂物，有杂物 的集箱比例为17%。
屏过入口小集箱对应的管座内经一般小于 φ48mm，可以判断φ62mm眼镜片不是来自 自身，而是来自屏过之前的过热器。 实际上该屏过入口小集箱已经江苏省电站锅 炉压力容器检验中心检验，检验结果该集箱 无异物。为什么该厂1、2号锅炉仍发生屏式 过热器内圈管爆漏？且发生在两侧的管屏？
4 爆管原因分析
4.1 宏观分析 二次爆口形貌为“管子边缘呈薄形的鱼嘴状爆破”， 损坏模式为“热拉伸破裂”，其原因为短期超温。 4.2 金相分析 对爆漏管试样进行化学元素分析、金相分析等试 验。 4.2.1 原材料化学成分、抗拉强度符合GB5310-95 标准锅炉无缝钢管的要求。 4.2.2 破口为刀刃型断口，呈喇叭状。边缘锋利，管 壁减薄很多，破口胀粗明显。 4.2.3 爆漏原因为典型短期超温。
2.3 一级过热器
一级过热器布置于尾部双烟道中的后部烟道 中，由3段水平管组和1段立式管组组成，第 1、2段水平过热器沿炉宽布置190片、横向 节距为115mm，每片管组由4根 φ57×8mm、材料为SA－213 T12的管子绕 成。至第3段水平过热器，管组变为95片，横 向节距为230mm，每片管组由8根 φ51×6.6mm、材料为SA－213T12的管子 绕成，立式一级过热器采用相同的管子和节 距，并引至出口集箱。
过热器系统
锅炉过热器系统包括顶棚、包墙过热器、 一级过热器、屏式过热器和末级过热器。一 级过热器后布置有一级喷水减温器，二级喷 水减温器布置于屏式过热器后。
2.1 顶棚过热器
顶棚过热器布置在炉膛、水平烟道顶部，由 外径为φ219mm的顶棚入口集箱引出192根 φ63.5mm、材料为SA－213T12、节距为 115mm的管子组成，管子之间焊接6mm厚的 扁钢，另一端接至外径为φ219mm顶棚出口 集箱。
5 结论及建议
5.1 600MW超临界锅炉屏式过热器发生短期超温失 效损坏，其爆漏部位多发生在右第1、2屏、左1、2 屏内圈管出口段，其原因为屏过入口小集箱存在杂 物。 5.2 屏式过热器入口小集箱设有的节流孔，屏过入 口从外到内1-2号管无节流，3到13号节流孔径为 14mm，14到28号节流孔径为12mm，当屏过入口 小集箱有杂物时节流孔径小的内圈管易发生杂物堵 塞节流。 5.3 建议：屏式过热器入口集箱保留检查孔，在锅 炉基建吹管调试结束后对屏式过热器入口集箱割检 查孔、清理杂物。
4.3.1 屏式过热器入口小集箱结构
屏过入口从外往内 数1-2号管无节流，3到13 号节流孔径为14mm，14到28号节流孔径为 12mm，具体结构见图1和表2，末过入口小 集箱没有节流。
图1 屏式过热器入口小集箱节流孔
Direction of Flow
d
5.0
a
t nom
lr
dr
尽管屏过入口小集箱已检查清理干净，但锅 炉经过调试阶段的冲管、试运行，顶棚、包 墙、一级过热器和一级喷水减温器内杂物就 有可能被带到屏过小集箱。当杂物的内经大 于12~23mm时，杂物就留在屏过入口小集 箱。由表2中的图可知，当屏过入口小集箱内 有杂物时，杂物最有可能在屏过入口小集箱 的两端。从外往内数第1、2根外圈管无节 流，内经大，杂物堵塞而造成的节流相对要 小些；从外往内数第27、28根内圈管节流孔 径为12mm，当杂物堵塞时易造成该管子工 质流量偏小而失效损坏，因此屏过爆漏多发 生在节流孔径为12mm的内圈管上。
4.3.3 屏式过热器母材
爆漏处屏式过热器管材质为T91，规格为 Φ38×8mm。对该管进行测厚，壁厚为 6.7~9mm，管子存在较严重的不均现象。爆 管首先发生在出口段壁厚最薄处。而1号锅炉 屏式过热器爆漏发生在弯头薄弱处。
4.3.4 措施
屏式过热器入口小集箱割手孔检查、清理杂 物。对于基建锅炉，建议在锅炉吹管结束 后，对屏式过热器入口小集箱进行割手孔检 查、清理杂物。
锅炉简介
华润电力常熟第二发电厂1、2、3号锅炉采用哈尔 滨锅炉厂有限责任公司引进日本三井巴布科克能源 公司(Mitsui Babcock Energy Limited)技术设计生产 的超临界锅炉，型号为HG1952/25.4－YM1。该炉 为π型布置，单炉膛、前后墙对冲燃烧方式，炉膛 上部布置屏式过热器，水平烟道依次布置末级过热 器和末级再热器，在尾部竖井的四周为包墙过热 器。锅炉以MCR工况为设计参数，在机组电负荷为 660MW工况时锅炉最大连续蒸发量为195.21t/h， 蒸汽压力25.4 MPa，主蒸汽温度540℃。设计燃用 神府东胜烟煤、校核煤为混煤和大同烟煤，设计 R90=20%。
表2
屏式过热器入口小集箱节流孔数据表
管子 编号
d (公 称内 经) mm
dr （节 流孔 径） mm
lr nom lr min a mm mm mm
Inlet Stub Headers
2 3 1 Gas Flow
26
27 28
1-2 3 - 13 14 – 28
22.5 22.5 22.5
无节流 14 33.6 12 33.6
2.4 屏式过热器
屏式过热器布置在上炉膛，沿炉宽方向共有 30片管屏，管屏间距为690mm。每片管屏由 28根并联管弯制而成，管子的直径为 φ38mm，根据管子的壁温不同，内圈管及 入口段材质为SA－213T91，外圈管及其出口 段采用SA－213TP347H。
2.5 末级过热器
末级过热器位于折焰角上方，沿炉宽方向排 列共30片管屏，管屏间距为690mm。每片管 组由20根管子绕制而成，管子的直径为 φ44.5mm，材质为SA－213 T91。
3 爆管及检查情况
3.1爆漏现象及过程 2005年06月3日2号锅炉负荷620MW，运行 稳定无明显异常现象，22时26分，锅炉“四 管”检漏仪发出屏式过热器和末级过热器处报 警)，怀疑受热面爆漏，进行现场检查、并确 认。爆漏时锅炉运行工况稳定，主要运行参 数见表1。
表1
爆漏时锅炉主要运行参数
机组 负荷 主汽 压力 MPa 主汽 温度 ℃ 再热 压力 MPa 再热 温度 ℃
2.6 减温器
一级喷水减温器装在一级过热器和屏式过热 器之间的管道上，外径为φ508mm，壁厚为 84mm，材料为SA－335 P12。二级喷水减 温器装在屏式过热器和末级过热器之间的管 道上，外径为φ508mm，壁厚为68mm，材 料为SA－335 P91。
2.7 过热器结构特点
为消除蒸汽侧和烟气侧产生的热力偏差，过热器各 段进出口集箱采用多根小口径连接管连接，并进行 左右交叉，保证蒸汽的充分混合。 在屏式过热器底端的管子之间安装膜式鳍片.来防止 单管的错位、出列，保证管排平整，有效抑制了管 屏结焦和挂渣，同时方便吹灰器清渣。屏式过热器 和末级过热器在入口和出口段的不同高度上，由若 干根管弯成环绕管。环绕管贴紧管屏表面的横向管 将管屏两侧压紧，保持管屏的平整。
1号锅炉于2004年12月8日首次点火， 2005年1月24日正式进入整套启动试运， 2005年3月3日通过168h试运。2号锅炉于 2005年3月31日首次点火，2005年4月28日 完成稳压冲管， 5月15日正式进入整套启动 试运， 5月30日首次进入168h试运，6月16 日顺利完成168h试运。
谢谢！
黄伟 2008.9 湖南省电力公司试验研究院